Dans ce tutoriel, nous allons en apprendre davantage sur le Pont de Wheatstone. Nous verrons le principe de fonctionnement du pont de Wheatstone, quelques exemples de circuits et quelques applications importantes.

Introduction au pont de Wheatstone

Dans le monde réel, nous rencontrons divers signaux, certains d’entre eux sont mesurés par des changements de résistance et certains d’entre eux sont avec inductance et capacité.

Si l’on considère la résistance, la plupart des capteurs industriels comme la température, la contrainte, l’humidité, le déplacement, le niveau de liquide, etc. produit le changement de valeur de la résistance pour un changement de variable. Par conséquent, il est nécessaire de conditionner le signal pour chaque capteur de résistance.

Généralement, la mesure de la résistance est divisée en trois types, la mesure de la faible résistance, la mesure de la résistance moyenne et la mesure de la résistance élevée. Si la mesure de résistance est éventuellement de quelques milliohms à micro ohms, alors elle est considérée comme une mesure de faible résistance.

Cette mesure est en fait utilisée à des fins de recherche. Si la mesure est de 1 ohm à 100 k, on parle généralement de mesure de résistance moyenne. Potentiomètre, thermistances, etc. la mesure entre dans cette catégorie.

Et une mesure de résistance très élevée est considérée de 100 kilo ohms à plus de 100 méga ohms. Pour trouver la valeur moyenne de la résistance, différentes méthodes sont utilisées, mais le pont de Wheatstone est principalement utilisé.

Qu’est-ce que le pont de Wheatstone ?

Le réseau de ponts le plus courant et le plus simple pour trouver la résistance est le pont de Wheatstone à courant continu. Ce pont est utilisé lorsque de petits changements de résistance doivent être mesurés comme dans les applications de capteurs. Ceci est utilisé pour convertir un changement de résistance en un changement de tension d’un transducteur.

La combinaison de ce pont avec un amplificateur opérationnel est largement utilisée dans les industries pour divers transducteurs et capteurs. Un pont de Wheatstone se compose de quatre résistances connectées en forme de diamant à la source d’alimentation et aux instruments d’indication, comme indiqué sur la figure.

Ce pont permet de trouver très précisément la résistance inconnue en la comparant à une valeur connue de résistances. Dans ce pont, une condition nulle ou équilibrée est utilisée pour trouver la résistance.

Pour ce pont, la tension de condition équilibrée aux points C et D doit être égale. Par conséquent, aucun courant ne traverse le galvanomètre. Pour obtenir la condition d’équilibre, l’une des résistances doit être variable.

From the figure,

The voltage at point D = V × RX / (R3 + RX)

The voltage at point C = V × R2 / (R1 + R2)

The voltage (V) across galvanometer or between C and D is,

VCD = V × RX / (R3 + RX) − V R2 / (R1 + R2)

When the bridge is balanced VCD = 0,

So,

V × RX / (R3 + RX) = V R2 / (R1 + R2)

RXR1 + RXR2 = R2R3 + R2RX

R1RX= R2R3

R2/R1= RX/R3

This est la condition pour équilibrer le pont. Et pour trouver la valeur inconnue de la résistance

RX= R3 ×(R2 / R1)

À partir de l’équation ci-dessus, R4 ou Rx peut être calculé à partir de la valeur connue de la résistance R3 et du rapport R2 / R1. Par conséquent, la plupart des cas, les valeurs R2 et R1 sont fixes et la valeur R3 est variable, de sorte que la valeur nulle est atteinte et que le pont est équilibré.

Principe de fonctionnement

Sans le galvanomètre, le circuit en pont ressemble simplement à un circuit diviseur de tension comme le montre la figure ci-dessous. Considérons R1 = 20 ohms, R2 = 40 ohms pour un bras et pour l’autre considérons les mêmes valeurs de R3 et R4 respectivement.

Le flux de courant dans le premier bras est

I1= V/(R1 + R2)

I1=12V/(20 +40 )

I1=0,2 A

Et la tension au point C est égale à la chute de tension à la résistance R2,

VR2= I1 × R2= 0,2 × 40=8V

De même la tension aux bornes de R1 est de 4V (0,2 × 20). En raison des mêmes valeurs de résistance, les tensions à R4 et R3 seront les mêmes que celles de R1 et R2 respectivement. Par conséquent, aux points A et B, les tensions sont les mêmes, donc le galvanomètre affiche une lecture nulle car la différence de potentiel est nulle. Dans ce cas, le pont est dit en état d’équilibre.

Supposons que si nous inversons les résistances du deuxième bras, le flux de courant est le même en raison du circuit série. Mais la tension aux bornes de la résistance R4 change, c’est-à-dire 0,2 * 20 = 4V. Donc, à cette condition, la tension aux points A et B est différente et existe une différence de potentiel de 8-4 = 4V. C’est la condition déséquilibrée du pont.

Exemple de pont de Wheatstone

D’en haut, le pont de Wheatstone est déséquilibré lorsque la lecture du voltmètre n’est pas nulle. Cette lecture peut être positive ou négative en fonction des grandeurs des tensions aux bornes du compteur. Considérons le circuit ci-dessous du pont de Wheatstone qui est connecté pour trouver la valeur de résistance inconnue avec l’utilisation de la boîte de décade de résistance pour obtenir la résistance variable de R3.

Nous savons que la condition pour l’équilibre du pont est

R4= R3 × R2/R1

Rx= RBOX ×(10 x 103)/(10 x 103)

Rx=RBOX

Dans ce cas, le pont de Wheatstone est équilibré en ajustant la boîte de résistance decade jusqu’à ce que le voltmètre indique une valeur nulle. Et la valeur de résistance correspondante dans la boîte est égale à la résistance inconnue. Supposons que si la condition de tension nulle se produit à 250 ohms de la boîte de décade de résistance, la résistance inconnue est également de 250 ohms.

Pont de Wheatstone pour la mesure de la contrainte

Le plus souvent, pour mesurer la contrainte, on utilise des jauges de contrainte dont la résistance électrique varie en fonction de la contrainte proportionnelle dans l’appareil. En pratique, la gamme de résistance à la jauge de contrainte est de 30 ohms à 3000 ohms. Pour une souche donnée, le changement de résistance peut n’être qu’une fraction de la gamme complète. Par conséquent, pour mesurer extrêmement une fraction des changements de résistance avec une grande précision, la configuration du pont de Wheatstone est utilisée. La figure ci-dessous montre le pont de Wheatstone où la résistance inconnue est remplacée par une jauge de contrainte.

Dans le circuit ci-dessus, deux résistances R1 et R2 sont égales l’une à l’autre et R3 est la résistance variable. Sans aucune force appliquée à la jauge de contrainte, le rhéostat est modifié et finalement positionné de manière à ce que le voltmètre indique une déviation nulle. C’est ce qu’on appelle une condition d’équilibrage de pont. Cette condition signifie qu’il n’y a pas de contrainte sur la jauge.

Si la jauge de contrainte est tendue ou comprimée, la résistance peut augmenter ou diminuer. Par conséquent, cela provoque un déséquilibre du pont. Cela produit une indication de tension sur le voltmètre correspond au changement de contrainte. Si la contrainte appliquée sur une jauge de contrainte est supérieure, la différence de tension aux bornes du compteur est supérieure. Si la tension est nulle, le pont s’équilibre et le compteur affiche une lecture nulle.

Il s’agit de la mesure de la résistance à l’aide d’un pont de Wheatstone pour une mesure précise. En raison de la mesure fractionnée de la résistance, les ponts de Wheatstone sont principalement utilisés dans les mesures de jauge de contrainte et de thermomètre.

Applications

1. Le pont de Wheatstone est utilisé pour mesurer avec précision les très faibles valeurs de résistance.
2. Le pont de Wheatstone ainsi que l’amplificateur opérationnel sont utilisés pour mesurer les paramètres physiques tels que la température, la déformation, la lumière, etc.
3. Nous pouvons également mesurer les quantités de capacité, d’inductance et d’impédance en utilisant les variations sur le pont de Wheatstone.